細(xì)胞在將它的完整基因組DNA（即遺傳物質(zhì)）裝入小小的細(xì)胞核中時(shí)，一方面確保有高度有組裝地儲(chǔ)存遺傳物質(zhì)，另一方面可以根據(jù)需要對(duì)它進(jìn)行轉(zhuǎn)錄、復(fù)制或修復(fù)。不同的蛋白負(fù)責(zé)節(jié)省空間的包裝，從而可以卷起或纏繞DNA。在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自德國(guó)馬克斯-普朗克生物化學(xué)研究所、慕尼黑工業(yè)大學(xué)、奧地利維也納生物中心、美國(guó)麻省理工學(xué)院、哈佛大學(xué)和蘇格蘭愛丁堡大學(xué)的研究人員在研究這些分子機(jī)器的確切任務(wù)和功能時(shí)發(fā)現(xiàn)，MCM復(fù)合物在限制DNA環(huán)形成從而在基因組的三維結(jié)構(gòu)和基因調(diào)控中發(fā)揮著重要作用。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2022年5月18日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“MCM complexes are barriers that restrict cohesin-mediated loop extrusion”。

人體內(nèi)DNA分子大約有兩米長(zhǎng)，仍然要裝進(jìn)一個(gè)小小的細(xì)胞核。一個(gè)細(xì)胞核的大小與打印機(jī)的墨粉顆粒或細(xì)小的灰塵顆粒差不多。這是如何做到的？遺傳信息如何一方面被儲(chǔ)存和包裝，另一方面又能被讀取？它是如何被放入DNA環(huán)中的？包裝和解包裝也是動(dòng)態(tài)的過(guò)程，必須快速平穩(wěn)地運(yùn)行。

如今，這些作者發(fā)現(xiàn)一種因在DNA復(fù)制中的功能而聞名的蛋白復(fù)合物在基因組折疊中具有意想不到的作用。論文共同通訊作者、馬克斯-普朗克生物化學(xué)研究所全能性系主任Kiku? Tachibana說(shuō)，“在我們研究所的一個(gè)研討會(huì)上，我的新同事Karl Duderstadt和我有共同的興趣。我們決定聯(lián)合起來(lái)，用互補(bǔ)的方法在機(jī)理層面上研究這些初步的觀察結(jié)果。”Duderstadt也是一名論文共同通訊作者，還是馬克斯-普朗克生物化學(xué)研究所分子機(jī)器的結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)課題組負(fù)責(zé)人。

新一類的障礙物

在這項(xiàng)新的研究中，這些作者共同確定了這種稱為微小染色體維持復(fù)合物（minichromosome maintenance complex, MCM）的蛋白復(fù)合物是形成DNA環(huán)的一類新障礙。在DNA環(huán)形成過(guò)程（稱為環(huán)擠壓）中，主要涉及三種蛋白或蛋白復(fù)合物：**是黏連蛋白（cohesin），**是鋅指蛋白CTCF，第三是MCM復(fù)合物。黏連蛋白與DNA結(jié)合并啟動(dòng)DNA環(huán)的形成。黏連蛋白纏繞著DNA，這導(dǎo)致DNA環(huán)的逐漸增長(zhǎng)。阻止MCM在G1同步化的合子中的裝載。

當(dāng)黏連蛋白遇到與DNA結(jié)合蛋白CTCF時(shí)，環(huán)擠壓（loop extrusion）停止，CTCF是這項(xiàng)新研究之前**已知的環(huán)擠壓障礙物。在鑒定出新的環(huán)擠壓障礙物MCM之后，論文共同通訊作者、馬克斯-普朗克生物化學(xué)研究所的Kiku? Tachibana解釋說(shuō)，“與CTCF是脊椎動(dòng)物特有的環(huán)擠壓障礙物不同的是，MCM在真核生物和古**中是保守的。因此，考慮到這可能是環(huán)擠壓的一個(gè)祖先障礙物是很吸引人的。”這項(xiàng)新的研究提出了一種可能性，即進(jìn)行環(huán)擠壓的黏連蛋白復(fù)合物與MCM復(fù)合物的相遇是組裝多種有機(jī)體基因組折疊的基本機(jī)制的一部分。

Duderstadt總結(jié)說(shuō)，“我們的發(fā)現(xiàn)是通過(guò)組建一個(gè)驚人的、具有廣泛領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)才得以實(shí)現(xiàn)。這項(xiàng)新的研究證明了在不同領(lǐng)域之間建立橋梁是有可能的。我相信，隨著我們對(duì)控制染色體組裝的相互作用網(wǎng)絡(luò)的深入探索，還會(huì)有更多的驚喜等著我們。”（生物谷 Bioon.com）